Functional study of two PPR genes involved in kernel development of maize (Zea Mays)
Institution:
Lyon, Ecole normale supérieureDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The maize kernel is at the heart of research efforts geared to elucidate the molecular mechanisms governing its development and the accumulation of oil and starch in its two major compartments, embryo and endosperm. Here, we present the molecular and phenotypic characterisation of two maize kernel mutants, the embryo-specific PPR8522 and the miniature PPR2263 mutant. Despite dissimilar phenotypes both mutations concerned genes coding for pentatricopeptide repeat (PPR) proteins predicted to act in organellar RNA processing. The gene responsible for the embryo-lethal phenotype of PPR8522 was identified by transposon tagging and confirmed by fine mapping. PPR8522 contains 10 PPR motifs, is targeted to plastids and required for the transcription of nearly all plastid-encoded genes. Mutant embryos deviate as early as the 3-cell stage from normal development but can be rescued in vitro in certain genetic backgrounds. Rescued mutant plantlets have an albino lethal phenotype due to a substantial cellular desorganisation of their plastids including a total lack of thylakoid stacks. The mutation responsible for the miniature kernel phenotype of PPR2263 was identified by a novel cDNA transposon display technique. The cloning was confirmed by transgenic complementation via Agrobacterium-mediated maize transformation. PPR2263 contains 10 PPR motifs, a mitochondrial-targeting sequence and a DYW domain, suggesting a role in organellar RNA editing. Mutant plants hardly ever reach sexual maturity and are characterised by slow growth.
Abstract FR:
Les graines de céréales représentent une ressource majeure pour l’agroalimentaire, l’industrie chimique et la production alternative d’énergie. Parmi les céréales, le maïs présente le rendement le plus élevé mais face à une demande toujours plus forte, la compréhension des mécanismes moléculaires du développement du grain apparaît donc comme un enjeu économique primordial. Nous présentons dans ce manuscrit la caractérisation phénotypique et moléculaire de deux mutants du grain de maïs : le mutant PPR8522 (embryon anormal, mutation létale) et le mutant PPR2263 (grain miniature). Les 2 gènes mutés ont été identifiés et codent pour des protéines à motifs PPR (Pentatricopeptide Repeat). Ces dernières sont connues pour être impliquées dans la maturation des ARN organellaires. Le gène PPR8522 a été identifié par la technique de « transposon tagging » et confirmé par cartographie fine. La protéine PPR8522 est adressée aux plastes et apparaît nécessaire pour la transcription d’une majorité de gènes chloroplastiques. Des plantules mutantes (obtenues par « sauvetage d’embryon ») présentent un phénotype albinos lié à l’absence de chloroplastes fonctionnels. La mutation PPR2263 responsable du phénotype grain miniature a été aussi identifiée par « transposon tagging » et confirmé par complémentation via transgenese du mutant. La protéine PPR2263 présente un adressage mitochondrial et un domaine DYW, suggérant un rôle dans l’édition des ARN. Les plantes mutantes se caractérisent par une croissance ralentie et une taille réduite.